常用的串口通信协议之UART异步串行通信简析

1.UART

UART是异步串行通信口的总称。它所包含的RS232RS449RS423等等是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准。他们规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和机械特性等一系列内容，实际上属于通信网络的底层概念，与通信协议没有直接关系。

几个相关名词的解释：

·波特率：每秒钟传送的bit的个数。

·起始位：先发出一个逻辑0的信号，表示传输数据的开始。

·数据位：衡量通信中实际数据位的参数，标准数据位可以是5、7、8位，从最低位开始传输。

·奇偶校验位：UART发送时，检查发送数据中“1”的个数，自动在奇偶校验位添加1/0，用于发送数据的校验。

·停止位：一个数据的结束标志，可以为1位、1.5位、2位的高电平。

·空闲位：处于逻辑1状态，表示当前线路上无数据传输。

·时序图：

·发送数据过程：空闲状态，线路处于高电平，当收到发送数据指令后，拉低电平一个数据位的时间，接着数据按从低位到高位依次发送，数据发送完毕，接着发送奇偶校验位和停止位（停止位为高电平），一帧数据发送结束。

·接收数据过程：空闲状态，线路处于高电平，当检测到线路的下降沿，说明线路有数据传输，按照约定的波特率从低位到高位接收数据，数据接收完毕，接着接收并比较奇偶校验位是否正确，如果正确则通知接收端设备准备接收数据或存入缓存。

由于UART是异步传输，没有同步传输时钟。为保证数据传输的正确性，每个数据有16个时钟采样，取中间的采样值，以保证不会误码或滑码。

·设计实例：

下面是一个UART的回环实例代码设计：

接收模块uart_rx:

 

发送模块uart_tx:

 

 

 

特定波特率产生模块clk_div:

 

 

顶层文件uart_top:

 

2.PS/2   

       PS/2是一种双向同步串行通信协议。接口是一种6针的连接口，但只有四个引脚是有意义的，分别是Clock(时钟)、Data(数据)、VCC和GND。其中时钟和数据引脚是双向的。PS/2常用于连接某些输入设备，例如鼠标、键盘等。通信的两端通过时钟来同步，通过数据引脚来交换数据。任何一方想要抑制另外一方的通信，只需要将时钟引脚拉低即可。     如果是PC和PS/2键盘之间通信，PC必须做主机，即PC可以抑制键盘发送数据，而键盘不能抑制PC发送数据。 PS/2的每一位数据帧包含11-12位，具体含义如下：

·PS/2的时序图：

由设备产生时钟和数据，主机根据时钟来读取数据。以FPGA和PS/2键盘为例，键盘产生时钟和数据，FPGA只需要读数据。当时钟下降沿时，FPGA记录数据信号。·设计实例：    主机为FPGA，根据PS/2的时序，得到键盘的按键值。虽然在时序图中，主机是在时钟下降沿读取数据，但实际上要为了排除噪声干扰，需要在FPGA端对信号进行滤波。下面给出设计代码。

 

审核编辑：刘清